EP3547481A1

EP3547481A1 - Verfahren zum überwachen eines elektrischen netzes

Info

Publication number: EP3547481A1
Application number: EP18164941.9A
Authority: EP
Inventors: Andreas Litzinger; Stefan PIEL
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: US20190302158A1; PL3547481T3; US11002775B2; EP3547481B1; ES2863376T3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes (10) oder eines Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes (10), wobei an zumindest zwei Messstellen des Energieversorgungsnetzes (10) oder Teilnetzes erfasste Messwerte ausgewertet werden.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Messwerte Phasenlagenwerte ausgewertet oder mit den Messwerten ermittelte Phasenlagenwerte ausgewertet werden, anhand der Phasenlagenwerte geprüft wird, ob das Energieversorgungsnetz (10) oder das Teilnetz synchron arbeitet, und im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität ein Inselerkennungssignal (IS) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes oder eines Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes, insbesondere eines zuvor anhand eines anderen Verfahrens ermittelten Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes, wobei an zumindest zwei Messstellen des Energieversorgungsnetzes oder Teilnetzes erfasste Messwerte ausgewertet werden.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US-Patentschrift US 9,804,209 B2 bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren werden Frequenzwerte und Frequenzänderungswerte an verschiedenen Messstellen innerhalb eines Energieversorgungsnetzes erfasst und ausgewertet, um eine Asynchronität innerhalb des Energieversorgungsnetzes und eine Bildung von Teilnetzen bzw. Inseln, die für sich jeweils in einem vorgegebenen Maße synchron sind, zu erkennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen eines Netzes anzugeben, das besonders einfach zuverlässige Ergebnisse mit Blick auf eine Inselbildung liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Messwerte Phasenlagenwerte ausgewertet oder mit den Messwerten ermittelte Phasenlagenwerte ausgewertet werden, anhand der Phasenlagenwerte geprüft wird, ob das Energieversorgungsnetz oder das Teilnetz synchron arbeitet, und im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität ein Inselerkennungssignal erzeugt wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass allein anhand von Phasenlagenwerten und damit sehr schnell eine zuverlässige Aussage über eine etwaige Asynchronität innerhalb eines Netzes oder Teilnetzes und eine etwaige Inselbildung getroffen werden kann. Auch kann in vorteilhafter Weise eine Inselbildung bei sehr geringen Frequenzabweichungen erkannt werden, die bei dem eingangs beschriebenen Verfahren auf der Basis von Frequenzwerten und Frequenzänderungswerten unter Umständen nicht immer erkannt wird.
Als Messwerte werden vorzugsweise Phasenlagenwerte von Messzeigern, insbesondere Spannungszeigern, ausgewertet.
Besonders bevorzugt werden als Messwerte Phasenlagenwerte von Leiterspannungszeigern oder Mitsystemspannungszeigern ausgewertet.
Im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität werden vorzugsweise synchron arbeitende Inseln innerhalb des Energieversorgungsnetzes oder des jeweiligen Teilnetzes ermittelt.
Das Inselerkennungssignal wird vorzugsweise erzeugt, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen zwei Phasenlagenwerten einen vorgegebenen Alarmschwellenwert überschreitet.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Phasenlagenwerte unter Bildung einer sortierten Phasenlagenreihenfolge sortiert werden, ausgehend von dem größten oder kleinsten Phasenlagenwert - nachfolgend Startphasenwert genannt - der sortierten Phasenlagenreihenfolge die Differenz zu dem in der Phasenlagenreihenfolge nachfolgenden, also dem zweitgrößten oder zweitkleinsten, Phasenlagenwert ermittelt wird, das Inselerkennungssignal erzeugt wird, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen dem Startphasenwert und dem nachfolgenden Phasenlagenwert betragsmäßig einen vorgegebenen Alarmschwellenwert überschreitet, und der Startphasenwert und der benachbarte Phasenlagenwert als synchron angesehen werden, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen dem Startphasenwert und dem benachbarten Phasenlagenwert betragsmäßig den vorgegebenen Alarmschwellenwert unterschreitet.
Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Phasenlagenwerte unter Bildung einer sortierten Phasenlagenreihenfolge sortiert werden und gemäß der sortierten Phasenlagenreihenfolge für jeden auf den Startphasenwert folgenden Phasenlagenwert jeweils ein Differenzbildungsschritt und ein Vergleichsschritt durchgeführt wird.
Bei der letztgenannten Ausführungsvariante ist es besonders vorteilhaft, wenn in dem Differenzbildungsschritt die Phasenlagendifferenz zwischen einem Referenzphasenwert, bei dem es sich um den Startphasenwert handelt, sofern er nicht in einem vorherigen Vergleichsschritt durch einen anderen Referenzphasenwert ersetzt worden ist, und dem jeweils folgenden Phasenlagenwert ermittelt wird.
Bezüglich des Vergleichsschritts ist es besonders vorteilhaft, wenn in dem Vergleichsschritt die Phasenlagendifferenz mit dem Alarmschwellenwert verglichen wird, die bei dem Vergleich betrachteten Phasenlagenwerte als synchron angesehen werden und mit dem Differenzbildungsschritt für den nachfolgenden Phasenlagenwert in der Phasenlagenreihenfolge und demselben Referenzphasenwert fortgefahren wird, wenn die Phasenlagendifferenz betragsmäßig den Alarmschwellenwert unterschreitet, und der bei dem vorherigen Differenzbildungsschritt als folgender Phasenlagenwert herangezogene Phasenlagenwert einer neuen Insel zugeordnet und als neuer Referenzphasenwert festgelegt wird und mit dem Differenzbildungsschritt für den nachfolgenden Phasenlagenwert in der Phasenlagenreihenfolge und dem neu festgesetzten Referenzphasenwert fortgefahren wird, wenn die Phasenlagendifferenz betragsmäßig den Alarmschwellenwert überschreitet.
Das Sortieren der Phasenlagenwerte umfasst bei einer ersten besonders vorteilhaften Verfahrensvariante vorzugsweise folgende Sortierschritte:

Vorsortieren der Phasenlagenwerte nach Größe unter Bildung einer vorsortierten Phasenlagenreihenfolge,
Prüfen, ob die Zeigerwinkeldifferenz zwischen dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem größten Phasenlagenwert gehört, und dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem kleinsten Phasenlagenwert gehört, den Alarmschwellenwert über- oder unterschreitet,
im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge umsortiert wird, indem der kleinste Phasenlagenwert um 360° erhöht wird, und
im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge unverändert bleibt und die vorsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge weiterverwendet wird.

Bei der letztgenannten Verfahrensvariante ist es vorteilhaft, wenn nachfolgend in weiteren Umsortierschritten jeweils geprüft wird, ob die Differenz zwischen dem - gemäß Fortschritt des Umsortierens - jeweils aktuell kleinsten Phasenlagenwert und dem vor dem letzten Umsortierschritt kleinsten Phasenlagenwert den Alarmschwellenwert überschreitet, im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die umsortierte Phasenlagenreihenfolge nochmals umsortiert wird, indem der aktuell kleinste Phasenlagenwert um 360° erhöht wird, und das Umsortierverfahren mit dem nächsten Umsortierschritt fortgesetzt wird und im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts das Umsortieren beendet wird und die bis dahin gebildete umsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge weiterverwendet wird.
Das Umsortieren erfolgt bei der obigen Verfahrensweise also anschaulich beschrieben durch ein Umsortieren "nach oben".
Das Sortieren der Phasenlagenwerte umfasst bei einer zweiten besonders vorteilhaften Verfahrensvariante vorzugsweise folgende Sortierschritte:

Vorsortieren der Phasenlagenwerte nach Größe unter Bildung einer vorsortierten Phasenlagenreihenfolge,
Prüfen, ob die Zeigerwinkeldifferenz zwischen dem Zeigerwinkel eines Messzeigers, der zu dem größten Phasenlagenwert gehört, und dem Zeigerwinkel eines Messzeigers, der zu dem kleinsten Phasenlagenwert gehört, den Alarmschwellenwert über- oder unterschreitet,
im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge umsortiert wird, indem der größte Phasenlagenwert um 360° reduziert wird, und
im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge unverändert bleibt und die vorsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge weiterverwendet wird.

Bei der letztgenannten Verfahrensvariante ist es vorteilhaft, wenn nachfolgend in weiteren Umsortierschritten jeweils geprüft wird, ob die Differenz zwischen dem - gemäß Fortschritt des Umsortierens - jeweils aktuell größten Phasenlagenwert und dem vor dem letzten Umsortierschritt größten Phasenlagenwert den Alarmschwellenwert überschreitet, im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die umsortierte Phasenlagenreihenfolge nochmals umsortiert wird, indem der aktuell größte Phasenlagenwert um 360° reduziert wird, und das Umsortierverfahren mit dem nächsten Umsortierschritt fortgesetzt wird und im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts das Umsortieren beendet wird und die bis dahin gebildete umsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge weiterverwendet wird.
Das Umsortieren erfolgt bei der zweiten besonders vorteilhaften Verfahrensvariante also anschaulich beschrieben durch ein Umsortieren "nach unten".
Die Phasenlagenwerte werden vorzugsweise nach Größe unter Bildung einer Phasenlagenreihenfolge ausgehend von dem kleinsten Phasenlagenwert in aufsteigender Reihenfolge sortiert.
Die Reihenfolgenrichtung, in der der jeweils nächste benachbarte Phasenlagenwert herangezogen wird, ist vorzugsweise die aufsteigende Richtung.
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn anhand von Frequenzwerten oder Frequenzänderungswerten geprüft wird, ob das Energieversorgungsnetz synchron arbeitet und im Falle einer Asynchronität des Energieversorgungsnetzes das Energieversorgungsnetz in Teilnetze aufgeteilt wird, und das oben beschriebene Verfahren für zumindest eines der Teilnetze des Energieversorgungsnetzes durchgeführt wird.
Falls anhand von Frequenzwerten oder Frequenzänderungswerten keine Asynchronität des Energieversorgungsnetzes festgestellt wird, kann das oben beschriebene Verfahren für das gesamte Energieversorgungsnetz oder ein beliebig ausgewähltes Teilnetz durchgeführt werden.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes oder eines Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes, wobei die Überwachungseinrichtung Messwerte zumindest zweier Messstellen des Energieversorgungsnetzes oder Teilnetzes heranzieht.
Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Überwachungseinrichtung vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie als Messwerte Phasenlagenwerte auswertet oder mit den Messwerten Phasenlagenwerte selbst ermittelt, anhand der Phasenlagenwerte prüft, ob das Energieversorgungsnetz oder das Teilnetz synchron arbeitet, und im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität ein Inselerkennungssignal erzeugt.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

Figur 1: in einer schematischen Darstellung ein Energieversorgungsnetz, das mit einer Überwachungseinrichtung zur Erkennung einer etwaigen Inselbildung innerhalb des Energieversorgungsnetzes ausgestattet ist,
Figur 2: beispielhaft elektrische Spannungszeiger, die von an das Energieversorgungsnetz gemäß Figur 1 angeschlossenen Messgeräten gemessen werden, in der komplexen Ebene,
Figur 3: ein Ausführungsbeispiel für eine Überwachungseinrichtung, die bei der Anordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann,
Figur 4: in Form eines Ablaufdiagramms ein Ausführungsbeispiel für ein Inselerkennungsprogramm, das für die Überwachungseinrichtung gemäß Figur 3 zum Überwachen des Energieversorgungsnetzes gemäß Figur 1 geeignet ist, und
Figur 5: in Form eines Ablaufdiagramms ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Inselerkennungsprogramm, das für die Überwachungseinrichtung gemäß Figur 3 zum Überwachen des Energieversorgungsnetzes gemäß Figur 1 geeignet ist.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Energieversorgungsnetz 10, das mit einer Vielzahl an Messgeräten PMU1 bis PMU7 ausgestattet ist. Bei den Messgeräten PMU1 bis PMU7 handelt es sich vorzugsweise um Zeigermessgeräte, die elektrische Spannungszeiger von Leiterspannungen und/oder Mitsystemspannungen erfassen können. Derartige Messgeräte werden fachsprachlich auch als "Phasor Measurement Units" bezeichnet.
Die Messgeräte PMU1 bis PMU7 sind an eine Überwachungseinrichtung 20 angeschlossen und übertragen an diese ihre Messwerte. Bei den Messwerten handelt es sich, wie weiter unten noch näher im Detail erläutert werden wird, vorzugsweise um Phasenlagenwerte, die mit den Bezugszeichen ϕ1 bis ϕ7 gekennzeichnet sind, und/oder um Spannungszeiger von allen drei Phasen, aus denen die zugehörige Mitsystemkomponente ermittelt und deren jeweilige Phasenlage nachfolgend als Phasenlagenwert verwendet wird. Die Verbindung zur Übertragung der Phasenlagenwerte ϕ1 bis ϕ7 ist aus Gründen der Übersicht in der Figur 1 nicht näher dargestellt.
Die Figur 2 zeigt in der komplexen Ebene beispielhaft die von den Messgeräten PMU1 bis PMU7 gemäß Figur 1 gemessenen Zeigermesswerte mit den korrespondierenden Phasenlagenwerten ϕ1 bis ϕ7.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Überwachungseinrichtung 20, die bei der Anordnung gemäß Figur 1 zur Überwachung des Energieversorgungsnetzes 10 eingesetzt werden kann.
Die Überwachungseinrichtung 20 umfasst einen Rechner 21 und einen Speicher 22. In dem Speicher 22 ist ein Inselerkennungsprogramm IP abgespeichert, das bei Ausführung durch den Rechner 21 diesen befähigt, das Energieversorgungsnetz 10 gemäß Figur 1 auf eine etwaige Inselbildung hin zu untersuchen.
Die Figur 4 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Ausführungsbeispiel für ein Inselerkennungsprogramm IP, das von der Überwachungseinrichtung 20 gemäß Figur 3 zur Überwachung des Energieversorgungsnetzes 10 gemäß Figur 1 ausgeführt werden kann.
Das Inselerkennungsprogramm IP gemäß Figur 4 weist einen Erfassungsschritt 100 auf, der zur Erfassung der von den Messgeräten PMU1 bis PMU7 gemäß Figur 1 übermittelten Phasenlagenwerten ϕ1 bis ϕ7 dient.
Die im Erfassungsschritt 100 erfassten Phasenlagenwerte ϕ1 bis ϕ7 können beispielsweise folgende Werte aufweisen:

PMU1: ϕ1 = -170°

PMU2: ϕ2 = -140°

PMU3: ϕ3 = +170°

PMU4: ϕ4 = +10°

PMU5: ϕ5 = +30°

PMU6: ϕ6 = -29°

PMU7: ϕ7 = -75°
Die im Erfassungsschritt 100 erfassten Phasenlagenwerte ϕ1 bis ϕ7 gelangen zu einer Sortierprozedur 110, die einen Vorsortierschritt 111 und eine Umsortierprozedur 112 umfasst.
Im Rahmen des Vorsortierschritts 111 werden die Phasenlagenwerte ϕ1 bis ϕ7 nach Größe unter Bildung einer vorsortierten Phasenlagenreihenfolge VSR sortiert. Die im Rahmen des Vorsortierens gebildete vorsortierte Phasenlagenreihenfolge VSR kann beispielsweise wie folgt aussehen:

PMU3: ϕ3 = +170°

PMU5: ϕ5 = +30°

PMU4: ϕ4 = +10°

PMU6: ϕ6 = -29°

PMU7: ϕ7 = -75°

PMU2: ϕ2 = -140°

PMU1: ϕ1 = -170°
Die vorsortierte Phasenlagenreihenfolge VSR gelangt zu der Umsortierprozedur 112, in der ein Umsortieren der vorsortierten Phasenlagenreihenfolge unter Bildung einer sortierten Phasenlagenreihenfolge SR erfolgt.
In einem ersten Schritt der Umsortierprozedur 112 wird geprüft, ob die Zeigerwinkeldifferenz zwischen dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem größten Phasenlagenwert (hier ϕ3 = +170°) gehört, und dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem kleinsten Phasenlagenwert (hier ϕ1 = -170°) gehört, einen Alarmschwellenwert AS über- oder unterschreitet.
Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Alarmschwellenwert AS 60° beträgt.
Im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts AS - wie es hier der Fall ist, weil die Zeigerwinkeldifferenz Δϕ lediglich 20° beträgt - wird die Phasenlagenreihenfolge umsortiert, indem der kleinste Phasenlagenwert (hier -170°) um 360° erhöht wird. Durch die Erhöhung um 360° ergibt sich nun ein Phasenlagenwert von +190°, der in der Phasenlagenreihenfolge entsprechend einsortiert wird. Es ergibt sich nun folgende Phasenlagenreihenfolge:

PMU1: ϕ1 = +190°

PMU3: ϕ3 = +170°

PMU5: ϕ5 = +30°

PMU4: ϕ4 = +10°

PMU6: ϕ6 = -29°

PMU7: ϕ7 = -75°

PMU2: ϕ2 = -140°
Durch das Umsortieren des Phasenlagenwerts ϕ1 ist nunmehr der Phasenlagenwert ϕ2 = -140° der kleinste Phasenlagenwert der Phasenlagenreihenfolge. In weiteren Umsortierschritten wird nun jeweils geprüft, ob die Differenz zwischen dem - gemäß Fortschritt des Umsortierens - jeweils aktuell kleinsten Phasenlagenwert und dem vor dem letzten Umsortierschritt kleinsten Phasenlagenwert den Alarmschwellenwert AS überschreitet oder nicht.
Da - wie erwähnt - nun der Phasenlagenwert ϕ2 = -140° der kleinste Phasenlagenwert der Phasenlagenreihenfolge ist, wird demgemäß geprüft, ob die Differenz zwischen dem Phasenlagenwert ϕ2 und dem Phasenlagenwert ϕ1 = -170° (vor dem Erhöhen um 360°) kleiner als der Alarmschwellenwert AS ist.
Da hier gilt: $φ 2 - φ 1 = 30 ° < AS,$
wird die Phasenlagenreihenfolge nochmals umsortiert, indem der Phasenlagenwert ϕ2 ebenfalls um 360° erhöht und entsprechend in der Phasenlagenreihenfolge neu einsortiert wird. Es entsteht nun folgende Sortierreihenfolge:

PMU2: ϕ2 = +220°

PMU1: ϕ1 = +190°

PMU3: ϕ3 = +170°

PMU5: ϕ5 = +30°

PMU4: ϕ4 = +10°

PMU6: ϕ6 = -29°

PMU7: ϕ7 = -75°
Aufgrund des letzten Umsortierschritts ist nunmehr der Phasenlagenwert ϕ7 = -75° der kleinste Phasenlagenwert. Da dessen Differenz zu dem zuvor umsortierten Phasenlagenwert ϕ2 (vor dem Erhöhen -140°) 65° beträgt und größer als der Alarmschwellenwert AS ist, wird das Umsortieren bzw. die Umsortierprozedur 112 beendet und folgende sortierte Phasenlagenreihenfolge SR an eine nachgeordnete Analyseprozedur 120 übermittelt:

PMU2: ϕ2 = +220°

PMU1: ϕ1 = +190°

PMU3: ϕ3 = +170°

PMU5: ϕ5 = +30°

PMU4: ϕ4 = +10°

PMU6: ϕ6 = -29°

PMU7: ϕ7 = -75°
Im Rahmen der Analyseprozedur 120 werden gemäß der sortierten Phasenlagenreihenfolge SR für jeden auf einen vorgegebenen Startphasenwert folgenden Phasenlagenwert jeweils ein Differenzbildungsschritt 121 und ein Vergleichsschritt 122 durchgeführt.
Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der kleinste Phasenlagenwert der sortierten Phasenlagenreihenfolge SR, hier also der Phasenlagenwert ϕ7 = -75° den Startphasenwert und damit den ersten Referenzphasenwert bildet.
In dem Differenzbildungsschritt 121 wird zunächst die Phasenlagendifferenz zwischen dem Startphasenwert ϕ7 und dem nächst größten Phasenlagenwert ϕ6 = -29° ermittelt. Die Phasenlagendifferenz beträgt hier 46°.
In dem nachfolgenden Vergleichsschritt 122 wird geprüft, ob die Phasenlagendifferenz betragsmäßig den Alarmschwellenwert AS über- oder unterschreitet.
Da im vorliegenden Fall die Differenz zwischen den beiden Phasenlagenwerten ϕ6 und ϕ7 kleiner als der Alarmschwellenwert AS ist, wird davon ausgegangen, dass die beiden Phasenlagenwerte ϕ6 und ϕ7 synchron bzw. gemäß dem in Form des Alarmschwellenwerts AS vorgegebenen Synchronitätskriterium hinreichend synchron sind. Demgemäß wird mit demselben Referenzphasenwert ϕ7 der nächste Differenzbildungsschritt 121 durchgeführt.
In dem nächsten Differenzbildungsschritt 121 wird nun die Phasenlagendifferenz zwischen dem aktuellen Referenzphasenwert ϕ7 und dem nachfolgenden Phasenlagenwert ϕ4 gebildet und mit dem Alarmschwellenwert AS verglichen. Die Differenz beträgt hier 85° und überschreitet den Alarmschwellenwert AS. Aufgrund der Überschreitung des Alarmschwellenwerts AS wird davon ausgegangen, dass der Phasenlagenwert ϕ4 mit den beiden Phasenlagenwerten ϕ6 und ϕ7 nicht mehr synchron (bzw. hinreichend synchron) ist und zu einer eigenen Insel innerhalb des Energieversorgungsnetzes 10 gemäß Figur 1 gehört. Der Phasenlagenwert ϕ4 wird nun als neuer Referenzphasenwert festgelegt, und es wird mit dem Differenzbildungsschritt 121 für den nächstfolgenden Phasenlagenwert ϕ5 unter Heranziehung des nun neuen Referenzphasenwerts ϕ4 weitergearbeitet.
In dem Differenzbildungsschritt 121 wird nachfolgend die Differenz zwischen den Phasenlagenwerten ϕ5 und ϕ4 gebildet, und in dem nachfolgenden Vergleichsschritt 122 wird die ermittelte Differenz | ϕ5 - ϕ4 | betragsmäßig mit dem Alarmschwellenwert AS verglichen. Dabei wird festgestellt, dass die Phasenlagendifferenz kleiner als der Alarmschwellenwert ist, ϕ4 und ϕ5 synchron (bzw. hinreichend synchron) sind und zu derselben Insel gehören, so dass nachfolgend nun der Phasenlagenwert ϕ3 untersucht werden kann, wobei es bei dem zuvor herangezogenen Referenzphasenwert ϕ4 bleibt.
Die Phasenlagendifferenz zwischen dem Phasenlagenwert ϕ3 und dem Referenzphasenwert ϕ4 überschreitet den Alarmschwellenwert AS, so dass nun festgestellt wird, dass der Phasenlagenwert ϕ3 zu einer dritten Insel innerhalb des Energieversorgungsnetzes 10 gehört. Der Phasenlagenwert ϕ3 wird nun als neuer Referenzphasenwert festgelegt und das Verfahren wird für den nachfolgenden Phasenlagenwert ϕ1 fortgesetzt.
Da die Phasenlagendifferenz zwischen ϕ1 und ϕ3 lediglich 20° beträgt, wird der Phasenlagenwert ϕ1 zur Insel des Phasenlagenwerts ϕ3 zugeordnet wird und das Verfahren wird mit dem Referenzphasenwert ϕ3 fortgesetzt.
Auch bei dem letzten Phasenlagenwert ϕ2 ist die Phasenlagendifferenz zum aktuellen Referenzphasenwert ϕ3 klein genug, so dass auch der Phasenlagenwert ϕ2 der Insel mit den Phasenlagenwerten ϕ1 und ϕ3 zugeordnet wird.
Die Analyseprozedur 120 kommt nach Abarbeitung der sortierten Phasenlagenreihenfolge SR somit zu dem Ergebnis, dass ein Inselerkennungssignal IS zu erzeugen ist, das eine Inselbildung innerhalb des Energieversorgungsnetzes 10 anzeigt.
Darüber hinaus erzeugt die Analyseprozedur 120 einen Inseldatensatz IDS, der anzeigt, dass es insgesamt drei Inseln bzw. drei Teilnetze innerhalb des Energieversorgungsnetzes 10 gibt, die jeweils für sich synchron (bzw. hinreichend synchron) arbeiten.
Die Messgeräte PMU1 bis PMU7 werden dabei folgenden Inseln bzw. Teilnetzen zugeordnet (siehe Figur 1):

Insel 11: PMU7 und PMU6
Insel 12: PMU4 und PMU5
Insel 13: PMU3, PMU1 und PMU2.

Die in dem Inseldatensatz IDS festgelegte Zuordnung der Messgeräte PMU1 bis PMU7 zu Inseln ist abhängig von dem Startphasenwert, mit dem die Analyseprozedur 120 begonnen wird. Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde von dem Phasenlagenwert ϕ7 als Startphasenwert ausgegangen. Würde alternativ als Startphasenwert der größte Phasenlagenwert ϕ2 der sortierten Phasenlagenreihenfolge SR ausgewählt werden, so ergäbe sich folgende Zuordnung der Messgeräte PMU1 bis PMU7:

Insel 11: PMU2, PMU1 und PMU3.
Insel 12: PMU5, PMU4 und PMU6
Insel 13: PMU7

Es lässt sich erkennen, dass auch im Falle dieses Startphasenwerts drei Inseln erkannt werden.
Die Auswahl des Startphasenwerts für die Analyseprozedur 120 ist im Übrigen beliebig, es kann statt des größten Phasenlagenwerts oder des kleinsten Phasenlagenwerts auch ein mittlerer Phasenwert ausgewählt werden.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Inselerkennungsprogramm IP, das von dem Rechner 21 gemäß Figur 3 zur Erkennung einer Inselbildung innerhalb eines Energieversorgungsnetzes 10 gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 weist das Inselerkennungsprogramm IP gemäß Figur 5 zusätzlich ein Frequenz- und/oder Frequenzänderungsauswertmodul 400 auf, das vor der Ausführung des Erfassungsschritts 100 durchgeführt wird und zunächst eine Vorabprüfung durchführt, ob Frequenzwerte und/oder Frequenzänderungswerte der Messgeräte PMU1 bis PMU7 auf eine Asynchronität bzw. Inselbildung innerhalb des Energieversorgungsnetzes 10 gemäß Figur 1 hindeuten.
Vorteilhaft ist es, wenn die nachfolgende Analyse der Phasenlagenwerte der Messgeräte PMU1 bis PMU7 ausschließlich dann durchgeführt wird, wenn im Rahmen der Ausführung des Frequenz- und/oder Frequenzänderungsauswertmoduls 400 festgestellt wird, dass voraussichtlich eine Inselbildung erfolgt ist. In diesem Falle werden vorzugsweise die von dem Frequenz- und/oder Frequenzänderungsauswertmodul 400 identifizierten synchronen Teilnetze jeweils individuell für sich weiter auf Inseln innerhalb der jeweiligen Teilnetze analysiert, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 4 erläutert worden ist.
Alternativ ist es möglich, unabhängig von dem Arbeitsergebnis des Frequenz- und/oder Frequenzänderungsauswertmoduls 400 die Überprüfung der Phasenlagenwerte durchzuführen, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 4 oben erläutert worden ist. In diesem Falle kann eine etwaige Inselbildung auch bei sehr geringen Frequenzabweichungen erkannt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 5 wurden die Phasenlagenwerte in aufsteigender Reihenfolge sortiert; selbstverständlich ist es auch möglich, die Phasenlagenwerte in entgegengesetzter Reihenfolge zu sortieren. Die übrigen Schritte gemäß den Figuren 4 und 5 können in diesem Falle in analoger Weise durchgeführt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10: Energieversorgungsnetz
20: Überwachungseinrichtung
21: Rechner
22: Speicher
100: Erfassungsschritt
110: Sortierprozedur
111: Vorsortierschritt
112: Umsortierprozedur
120: Analyseprozedur
121: Differenzbildungsschritt
122: Vergleichsschritt
400: Frequenz- und/oder Frequenzänderungsauswertmodul

AS: Alarmschwellenwert
IDS: Inseldatensatz
I1-I3: synchrone Inseln
IP: Inselerkennungsprogramm
PMU1-PMU7: Messgeräte
SR: sortierte Phasenlagenreihenfolge
VSR: vorsortierte Phasenlagenreihenfolge
ϕ1-ϕ7: Phasenlagenwerte

Claims

Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes (10) oder eines Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes (10), wobei an zumindest zwei Messstellen des Energieversorgungsnetzes (10) oder Teilnetzes erfasste Messwerte ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
- als Messwerte Phasenlagenwerte ausgewertet oder mit den Messwerten ermittelte Phasenlagenwerte ausgewertet werden,

- anhand der Phasenlagenwerte geprüft wird, ob das Energieversorgungsnetz (10) oder das Teilnetz synchron arbeitet, und

- im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität ein Inselerkennungssignal (IS) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Messwerte Phasenlagenwerte von Messzeigern, insbesondere Spannungszeigern, ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Messwerte Phasenlagenwerte von Leiterspannungszeigern oder Mitsystemspannungszeigern ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität synchron arbeitende Inseln innerhalb des Energieversorgungsnetzes (10) oder des jeweiligen Teilnetzes ermittelt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Inselerkennungssignal (IS) erzeugt wird, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen zwei Phasenlagenwerten einen vorgegebenen Alarmschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Phasenlagenwerte unter Bildung einer sortierten Phasenlagenreihenfolge (SR) sortiert werden,

- ausgehend von dem größten oder kleinsten Phasenlagenwert - nachfolgend Startphasenwert genannt - der sortierten Phasenlagenreihenfolge (SR) die Differenz zu dem in der Phasenlagenreihenfolge (SR) nachfolgenden, also dem zweitgrößten oder zweitkleinsten, Phasenlagenwert ermittelt wird,

- das Inselerkennungssignal (IS) erzeugt wird, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen dem Startphasenwert und dem nachfolgenden Phasenlagenwert betragsmäßig einen vorgegebenen Alarmschwellenwert überschreitet, und

- der Startphasenwert und der benachbarte Phasenlagenwert als synchron angesehen werden, wenn die Phasenlagendifferenz zwischen dem Startphasenwert und dem benachbarten Phasenlagenwert betragsmäßig den vorgegebenen Alarmschwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Phasenlagenwerte unter Bildung einer sortierten Phasenlagenreihenfolge (SR) sortiert werden und

- gemäß der sortierten Phasenlagenreihenfolge (SR) für jeden auf den Startphasenwert folgenden Phasenlagenwert jeweils ein Differenzbildungsschritt und ein Vergleichsschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in dem Differenzbildungsschritt die Phasenlagendifferenz zwischen einem Referenzphasenwert, bei dem es sich um den Startphasenwert handelt, sofern er nicht in einem vorherigen Vergleichsschritt durch einen anderen Referenzphasenwert ersetzt worden ist, und dem jeweils folgenden Phasenlagenwert ermittelt wird, und

- in dem Vergleichsschritt
- die Phasenlagendifferenz mit dem Alarmschwellenwert verglichen wird,

- die bei dem Vergleich betrachteten Phasenlagenwerte als synchron angesehen werden und mit dem Differenzbildungsschritt für den nachfolgenden Phasenlagenwert in der Phasenlagenreihenfolge (SR) und demselben Referenzphasenwert fortgefahren wird, wenn die Phasenlagendifferenz betragsmäßig den Alarmschwellenwert unterschreitet, und

- der bei dem vorherigen Differenzbildungsschritt als folgender Phasenlagenwert herangezogene Phasenlagenwert einer neuen Insel zugeordnet und als neuer Referenzphasenwert festgelegt wird und mit dem Differenzbildungsschritt für den nachfolgenden Phasenlagenwert in der Phasenlagenreihenfolge (SR) und dem neu festgesetzten Referenzphasenwert fortgefahren wird, wenn die Phasenlagendifferenz betragsmäßig den Alarmschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sortieren der Phasenlagenwerte folgende Sortierschritte umfasst:
- Vorsortieren der Phasenlagenwerte nach Größe unter Bildung einer vorsortierten Phasenlagenreihenfolge (VSR),

- Prüfen, ob die Zeigerwinkeldifferenz zwischen dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem größten Phasenlagenwert gehört, und dem Zeigerwinkel des Messzeigers, der zu dem kleinsten Phasenlagenwert gehört, den Alarmschwellenwert über- oder unterschreitet,

- im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge umsortiert wird, indem der kleinste Phasenlagenwert um 360° erhöht wird, und

- im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge unverändert bleibt und die vorsortierte Phasenlagenreihenfolge (VSR) als sortierte Phasenlagenreihenfolge (SR) weiterverwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
- im Falle eines erfolgten Umsortierens nachfolgend in weiteren Umsortierschritten jeweils geprüft wird, ob die Differenz zwischen dem - gemäß Fortschritt des Umsortierens - jeweils aktuell kleinsten Phasenlagenwert und dem vor dem letzten Umsortierschritt kleinsten Phasenlagenwert den Alarmschwellenwert überschreitet,

- im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die umsortierte Phasenlagenreihenfolge nochmals umsortiert wird, indem der aktuell kleinste Phasenlagenwert um 360° erhöht wird, und das Umsortierverfahren mit dem nächsten Umsortierschritt fortgesetzt wird und

- im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts das Umsortieren beendet wird und die bis dahin gebildete umsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge (SR) weiterverwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sortieren der Phasenlagenwerte folgende Sortierschritte umfasst:
- Vorsortieren der Phasenlagenwerte nach Größe unter Bildung einer vorsortierten Phasenlagenreihenfolge (VSR),

- Prüfen, ob die Zeigerwinkeldifferenz zwischen dem Zeigerwinkel eines Messzeigers, der zu dem größten Phasenlagenwert gehört, und dem Zeigerwinkel eines Messzeigers, der zu dem kleinsten Phasenlagenwert gehört, den Alarmschwellenwert über- oder unterschreitet,

- im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge umsortiert wird, indem der größte Phasenlagenwert um 360° reduziert wird, und

- im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts die Phasenlagenreihenfolge unverändert bleibt und die vorsortierte Phasenlagenreihenfolge (VSR) als sortierte Phasenlagenreihenfolge (SR) weiterverwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurchgekennzeichnet, dass
- im Falle eines erfolgten Umsortierens nachfolgend in weiteren Umsortierschritten jeweils geprüft wird, ob die Differenz zwischen dem - gemäß Fortschritt des Umsortierens - jeweils aktuell größten Phasenlagenwert und dem vor dem letzten Umsortierschritt größten Phasenlagenwert den Alarmschwellenwert überschreitet,

- im Falle einer Unterschreitung des Alarmschwellenwerts die umsortierte Phasenlagenreihenfolge nochmals umsortiert wird, indem der aktuell größte Phasenlagenwert um 360° reduziert wird, und das Umsortierverfahren mit dem nächsten Umsortierschritt fortgesetzt wird und

- im Falle einer Überschreitung des Alarmschwellenwerts das Umsortieren beendet wird und die bis dahin gebildete umsortierte Phasenlagenreihenfolge als sortierte Phasenlagenreihenfolge (SR) weiterverwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Phasenlagenwerte nach Größe unter Bildung einer Phasenlagenreihenfolge (SR) ausgehend von dem kleinsten Phasenlagenwert in aufsteigender Reihenfolge sortiert werden und/oder

- die Reihenfolgenrichtung, in der der jeweils nächste benachbarte Phasenlagenwert herangezogen wird, die aufsteigende Richtung ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- anhand von Frequenzwerten oder Frequenzänderungswerten geprüft wird, ob das Energieversorgungsnetz (10) synchron arbeitet und im Falle einer Asynchronität des Energieversorgungsnetzes (10) das Energieversorgungsnetz in Teilnetze aufgeteilt wird, und

- das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche für zumindest eines der Teilnetze des Energieversorgungsnetzes (10) durchgeführt wird.
Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes (10) oder eines Teilnetzes des Energieversorgungsnetzes (10), wobei die Überwachungseinrichtung Messwerte zumindest zweier Messstellen des Energieversorgungsnetzes (10) oder Teilnetzes heranzieht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie als Messwerte Phasenlagenwerte auswertet oder mit den Messwerten Phasenlagenwerte selbst ermittelt, anhand der Phasenlagenwerte prüft, ob das Energieversorgungsnetz (10) oder das Teilnetz synchron arbeitet, und im Falle einer anhand der Phasenlagenwerte erkannten Asynchronität ein Inselerkennungssignal (IS) erzeugt.